6.24
设二维随机变量 (X,Y) 的概率密度为
f(x,y)=Ae−2x2+2xy−y2,−∞<x<+∞,−∞<y<+∞,
求常数 A 及条件概率密度 fY∣X(y∣x)
解
因 fX(x)=∫−∞+∞f(x,y)dy=A∫−∞+∞e−2x2+2xy−y2dy=A∫−∞+∞e−(y−x)2−x2dy
=Ae−x2∫−∞+∞e−(y−x)2dy=Aπe−x2,−∞<x<+∞.
所以
1=∫−∞+∞fX(x)dx=Aπ∫−∞+∞e−x2dx=Aπ,
从而 A=π1.
当 x∈(−∞,+∞) 时,
fY∣X(y∣x)=fX(x)f(x,y)=π1e−x2π1e−2x2+2xy−y2=π1e−x2+2xy−y2
=π1e−(x−y)2,−∞<y<+∞.
6.25
设二维随机变量 (X,Y) 的概率密度为
f(x,y)={e−x,0,0<y<x 其他.
(1)求条件概率密度 fY∣X(y∣x);
(2)求条件概率 P{X≤1∣Y≤1}.
解
(1) X 的概率密度
fX(x)=∫−∞+∞f(x,y)dy={∫0xe−xdy,0,x>0x≤0={xe−x,0,x>0x≤0.
当 x>0 时, Y 的条件概率密度
fY∣X(y∣x)=fX(x)f(x,y)={x1,0,0<y<x 其他.
(2) Y 的概率密度
fY(y)=∫−∞+∞f(x,y)dx={e−y,0,y>0y≤0.
P{X≤1∣Y≤1}=P{Y≤1}P{X≤1,Y≤1}=∫01e−ydy∫−∞1∫−∞1f(x,y)dxdy
=1−e−1∫01dx∫0xe−xdy=e−1e−2.
6.26
设 (X,Y) 的概率密度为
f(x,y)={421x2y,0,x2≤y≤1 其他
( 1 )求条件概率密度 fY∣X(y∣x),特别写出当 X=21 时 Y 的条件概率密度;
(2)求条件概率 P{Y≥43∣X=21}.
解
由
f(x,y)={421x2y,0,x2≤y≤1 其他,
可得 fX(x)={821x2(1−x4),0,−1≤x≤1 其他,
fY(y)={27y25,0,0≤y≤1 其他
(1) fY∣X(y∣x)=fX(x)f(x,y)={1−x42y,0,x2<y<1,−1<x<1 其他
fY∣X(y∣x=21)={1532y,0,41<y<1 其他
(2) P{Y≥43X=21}=∫43+∞fY∣X(y∣x=21)dy=∫4311532ydy=157.
6.27
设随机变量 (X,Y) 服从二维正态分布,且 X 与 Y 不相关, fX(x),fY(y) 分别表示 X,Y 的概率密度,则在 Y=y 的条件下, X 的条件概率密度 fX∣Y(x∣y) 为( ).
(A) fX(x) (B) fY(y) (C) fX(x)fY(y) (D) fY(y)fX(x)
解法一
由于 (X,Y) 服从二维正态分布,因此 X 与 Y 不相关可知 X 与 Y 相互独立. 于是有
fX∣Y(x∣y)=fX(x).
选项(A) 正确.
解法二
由于 X 与 Y 不相关,即 ρ=0,因此 (X,Y) 的联合密度为
f(x,y)=2πσ1σ21e−21[(σ1x−μ1)2+(σ2y−μ2)2].
而 X,Y 的边缘概率密度分别为
fX(x)=2πσ11e−2σ12(x−μ1)2,
fY(y)=2πσ21e−2σ22(y−μ2)2,
fX∣Y(x∣y)=fY(y)f(x,y)=2πσ11e2σ12(x−μ1)2=fX(x).
故应选 (A).
点评
本题主要考查二维正态分布的性质,我们知道对于任意两个随机变量 X,Y 不相关仅仅是 X 与 Y 独立的必要条件. 但是对于二维正态分布, X 与 Y 不相关是 X,Y 独立的充分必要条件.